Tokovni generator pretvori mehansko (kinetično) energijo v električno energijo. V elektroenergetiki se uporabljajo le rotacijski generatorji električnih strojev, ki temeljijo na pojavu elektromotorne sile (EMF) v vodniku, na katero na nek način deluje spreminjajoče se magnetno polje. Del generatorja, ki je zasnovan za ustvarjanje magnetnega polja, se imenuje induktor, del, v katerem je induciran EMF, pa armatura.
Kliče se vrtljivi del stroja rotor, in fiksni del - stator... V sinhronih strojih izmenični tok induktor je običajno rotor in v strojih enosmerni tok - stator. V obeh primerih je induktor običajno dvo- ali večpolni elektromagnetni sistem, opremljen z vzbujalnim navitjem, ki se napaja z enosmernim tokom (vzbujevalni tok), obstajajo pa tudi induktorji, sestavljeni iz sistema trajnih magnetov. V indukciji (asinhroni) alternatorji induktor in armatura se med seboj ne moreta jasno (strukturno) razlikovati (lahko rečemo, da sta stator in rotor hkrati induktor in armatura).
Več kot 95% električne energije v svetovnih elektrarnah proizvedejo z uporabo sinhroni alternatorji... S pomočjo vrtljivega induktorja se v teh generatorjih ustvari vrtljivo magnetno polje, ki inducira spremenljivo EMF v navitju statorja (običajno trifaznega), katerega frekvenca se natančno ujema s hitrostjo rotorja (v sinhronizmu s hitrostjo induktorja). Če ima induktor na primer dva pola in se vrti s frekvenco 3000 r / min (50 r / s), se v vsaki fazi navitja statorja inducira izmenični EMF s frekvenco 50 Hz. Zasnova takega generatorja je na sliki poenostavljena. 1.
Slika: 1. Načelo dvopolnega sinhronega generatorja. 1 stator (armatura), 2 rotorja (induktor), 3 gred, 4 ohišje. U-X, V-Y, W-Z - deli navitij treh faz, ki se nahajajo v režah statorja
Magnetni sistem statorja je stisnjen paket tankih jeklenih pločevin, v žlebovih katerih je statorsko navitje. Navijanje je sestavljeno iz treh faz, ki so pri dvopolnem stroju med seboj premaknjene za 1/3 oboda statorja; v faznih navitjih se torej inducirajo EMF, ki se med seboj premikajo za 120 °. Navitje vsake faze pa je sestavljeno iz zaporednih ali vzporednih tuljav. Ena najpreprostejših izvedbenih možnosti za tako trifazno navitje dvopolnega generatorja je poenostavljena na sl. 2 (običajno je število tuljav v vsaki fazi večje, kot je prikazano na tej sliki). Tisti deli tuljav, ki so zunaj utorov na sprednji površini statorja, se imenujejo končne povezave.
Slika: 2. Najenostavnejši princip razporeditve statorskega navijanja trifaznega dvopolnega sinhronega generatorja v primeru dveh tuljav v vsaki fazi. 1 pregled površine magnetnega sistema statorja, 2 tuljave navitja, U, V, W začetek faznih navitij, X, Y, Z konci faznih navitij
Induktorja je lahko več kot dva pola in s tem tudi pregrade pola statorja. Počasneje kot se vrti rotor, večje število polov mora biti pri določeni trenutni frekvenci. Če se na primer rotor vrti s frekvenco 300 vrt / min, mora biti število polov generatorja, da dobimo frekvenco izmeničnega toka 50 Hz, 20. Na primer v eni največjih hidroelektrarn na svetu, HE Itaipu (Itaipu, glej sliko 4) generatorji, ki delujejo pri 50 Hz, so 66-polni, generatorji, ki delujejo pri 60 Hz, pa so 78-polni.
Vzbujalno navitje dvo- ali štiripolnega generatorja je nameščeno, kot je prikazano na sl. 1, v utorih masivnega jedra rotorskega jedra. Ta zasnova rotorja je potrebna pri hitrih generatorjih, ki delujejo s hitrostjo 3000 ali 1500 vrt / min (zlasti za turbinske generatorje, namenjene za povezavo z parne turbine), saj pri tej hitrosti na navitje rotorja delujejo velike centrifugalne sile. Z večjim številom polov ima vsak pol ločen navitje polja (slika 3.12.3). To načelo vidnega pola naprave se uporablja zlasti pri nizkohitrostnih generatorjih, namenjenih za povezavo s hidravličnimi turbinami (hidrogeneratorji), ki običajno delujejo s hitrostjo od 60 vrt / min do 600 vrt / min.
Zelo pogosto takšni generatorji, v skladu z konstruktivna izvedba zmogljive hidravlične turbine so narejene z navpično gredjo.
Slika: 3. Načelo zasnove rotorja sinhronega generatorja z nizko hitrostjo. 1 pol, 2 vzbujalna navitja, 3 pritrdilno kolo, 4 gred
Vzbujanje navitja sinhroni generator običajno se napaja z enosmernim tokom iz zunanjega vira preko drsnih obročev na gredi rotorja. Prej je bil za to predviden poseben enosmerni generator (vzbujevalnik), togo povezan z gredjo generatorja, zdaj pa se uporabljajo preprostejši in cenejši polprevodniški usmerniki. V rotor so vgrajeni tudi vzbujevalni sistemi, v katerih se inducira EMF navitje statorja... Če namesto elektromagnetnega sistema za ustvarjanje magnetnega polja uporabimo trajne magnete, vir vzbujalnega toka izgine in generator postane veliko enostavnejši in zanesljivejši, a hkrati in dražji. Zato se trajni magneti običajno uporabljajo v generatorjih z razmeroma majhno močjo (do nekaj sto kilovatov).
Zasnova turbinskih generatorjev je zaradi sorazmerno majhnega premera valjastega rotorja zelo kompaktna. Njihova specifična teža je običajno 0,5 ... 1 kg / kW, njihova nazivna moč pa lahko doseže 1600 MW. Naprava hidrogeneratorjev je nekoliko bolj zapletena, premer rotorja je velik in je njihova specifična teža običajno 3,5 ... 6 kg / kW. Do zdaj so bili izdelani z nazivno močjo do 800 MW.
Ko generator deluje, se v njem pojavijo izgube energije, ki jih povzročajo aktivni upori navitij (izgube v bakru), vrtinčni tokovi in \u200b\u200bhistereza v aktivnih delih magnetnega sistema (izgube v jeklu) in trenje v ležajih vrtljivih delov (izgube zaradi trenja). Kljub temu, da skupne izgube običajno ne presegajo 1 ... 2% zmogljivosti generatorja, je lahko odvajanje toplote, ki se sprosti zaradi izgub, težavno. Če na poenostavljen način predpostavimo, da je masa generatorja sorazmerna njegovi moči, potem so njegove linearne dimenzije sorazmerne s kubičnim korenom moči, površinske dimenzije pa sorazmerne z močjo 2/3. Z naraščajočo močjo torej površina hladilnega telesa raste počasneje kot nazivna moč generatorja. Če pri moči reda nekaj sto kilovatov zadostuje uporaba naravnega hlajenja, potem je pri večjih zmogljivostih treba preklopiti na prisilno prezračevanje in pri približno 100 MW namesto zraka uporabite vodik. Pri še večjih zmogljivostih (na primer nad 500 MW) je treba vodikovo hlajenje dopolniti z vodo. Pri velikih generatorjih je treba ležaje tudi posebej hladiti, običajno z uporabo kroženja olja.
Proizvodnja toplote generatorja se lahko znatno zmanjša z uporabo superprevodnih navitij polja. Prvi tak generator (4 MVA), namenjen za uporabo na ladjah, je leta 2005 izdelalo nemško elektrotehnično podjetje Siemens (Siemens AG). Nazivna napetost sinhronskih generatorjev je, odvisno od moči, običajno v območju od 400 V do 24 kV. Uporabljene so bile tudi višje nazivne napetosti (do 150 kV), vendar izjemno redko. Poleg sinhronskih generatorjev omrežne frekvence (50 Hz ali 60 Hz) tudi visokofrekvenčni generatorji (do 30 kHz) in nizkofrekvenčni generatorji (16,67 Hz ali 25 Hz), ki se uporabljajo na elektrificiranih železnicah nekaterih evropskih držav. Sinhroni generatorji načeloma vključujejo tudi sinhroni kompenzator, ki je sinhroni motor, ki deluje prosti tek in dovajanje jalove moči v visokonapetostno distribucijsko omrežje. S pomočjo takega stroja je mogoče pokriti porabo jalove moči lokalnih industrijskih porabnikov električne energije in osvoboditi glavno omrežje elektroenergetskega sistema pred prenosom jalove moči.
Poleg sinhronskih generatorjev je to razmeroma redko in pri sorazmerno majhnih močeh (do nekaj megavatov) asinhroni generatorji... V navitju rotorja takega generatorja inducira tok magnetno polje statorja, če se rotor vrti hitreje kot magnetno polje statorja, ki se vrti v omrežni frekvenci. Potreba po takšnih generatorjih se običajno pojavi, kadar ni mogoče zagotoviti stalne hitrosti vrtenja glavnega pogona (na primer vetrna turbina, nekatere majhne hidro turbine itd.).
Imajo enosmerni generator magnetni poli skupaj z navitjem polja so običajno nameščeni v statorju, navitje armature pa v rotorju. Ker je med vrtenjem v navitju rotorja induciran spremenljiv EMF, je treba armaturo oskrbeti z zbiralnikom (komutatorjem), s pomočjo katerega se na izhodu generatorja (na kolektorskih ščetkah) dobi konstanten EMF. Trenutno se enosmerni generatorji redko uporabljajo, saj je enosmerni tok lažje dobiti s polprevodniškimi usmerniki.
Generatorji električnih strojev vključujejo elektrostatični generatorji, na vrtljivem delu katerega s trenjem (triboelektrično) nastane visokonapetostni električni naboj. Prvi tak generator (ročno zasukana žveplova krogla, ki se je s trenjem naslonil na človeško roko) je leta 1663 izdelal župan mesta Magdeburg (Magdeburg, Nemčija) Otto von Guericke (1602-1686). Med svojim razvojem so takšni generatorji omogočali odkrivanje številnih električnih pojavov in vzorcev. Tudi zdaj še niso izgubili pomena kot sredstva za izvajanje eksperimentalnih raziskav v fiziki.
Prvega je 4. novembra 1831 naredil profesor Kraljeve ustanove (Royal Institution) Michael Faraday (Michael Faraday, 1791-1867). Generator je bil sestavljen iz trajnega magneta v obliki podkve in bakrenega diska, ki se je vrtel med magnetnimi polovi (slika 3.12.4). Ko se je disk zavrtel med svojo osjo in robom, je bil induciran stalen EMF. Naprednejši unipolarni generatorji so razporejeni po istem principu, ki se še danes uporabljajo (čeprav razmeroma redko).
Slika: 4. Načelo naprave unipolarni generator Michael Faraday. 1 magnet, 2 vrtljivi bakreni disk, 3 ščetke. Ročaj diska ni prikazan
Michael Faraday se je rodil v revni družini in pozneje osnovna šola, pri 13 letih postal vajenec knjigoveznice. Iz knjig je nadaljeval samostojno izobraževanje, iz Britanske enciklopedije pa se je seznanil z elektriko, izdelal elektrostatični generator in leydenski kozarec. Da bi razširil svoje znanje, je začel obiskovati javna predavanja o kemiji direktorja Kraljevega inštituta Humphrey Davy (1778–1829) in leta 1813 napredoval v svojega pomočnika. Leta 1821 je postal glavni inšpektor tega inštituta, leta 1824 - član Kraljeve družbe (Royal Society) in leta 1827 - profesor kemije na Kraljevskem inštitutu. Leta 1821 je začel s svojimi slavnimi poskusi na elektriki, med katerimi je predlagal princip delovanja elektromotorja, odkril pojav elektromagnetne indukcije, princip magnetoelektričnega generatorja, zakone elektrolize in številne druge temeljne fizikalne pojave. Leto po zgoraj opisanem Faradayevem poskusu je 3. septembra 1832 pariški mehanik Hippolyte Pixii (1808-1835) po naročilu in pod vodstvom ustanovitelja elektrodinamike Andreja Marie Ampereja (1775-1836) izdelal generator z ročno zasukanim pri Faradayu magnet (slika 5). V navitju armature generatorja Pixie je inducirana spremenljiva EMF. Za odpravo nastalega toka je bilo na generator najprej pritrjeno odprto živosrebrno stikalo, ki je preklopilo polarnost EMF pri vsaki polovični rotaciji rotorja, vendar ga je kmalu nadomestil preprostejši in varnejši cilindrični zbiralnik ščetk, prikazan na sl. pet.
Slika: 5. Načelo naprave magnetoelektrični generator Ippolita Pixie (a), graf induciranega EMF (b) in graf pulzirajoče konstante EMF, pridobljen s pomočjo kolektorja (c). Ročaj in zožitev orodja ni prikazano
Generator, zgrajen po principu Pixie, je prvič uporabil leta 1842 v svoji tovarni v Birminghamu (Birmingham) za napajanje galvanskih kopeli angleški industrialec John Stephen Woolrich (1790-1843), ki ga je uporabljal kot pogonski motor parni stroj s prostornino 1 liter. iz. Njegova napetost generatorja je bila 3 V, nazivni tok 25 A in izkoristek približno 10%. Isti, a močnejši generatorji so se hitro začeli uvajati tudi v drugih galvanskih podjetjih v Evropi. Leta 1851 je nemški vojaški zdravnik Wilhelm Josef Sinsteden (1803-1891) predlagal uporabo elektromagnetov namesto trajnih magnetov v induktorju in njihovo oskrbo s tokom iz manjšega pomožnega generatorja; odkril je tudi, da bi se učinkovitost generatorja povečala, če jekleno jedro elektromagneta ne bi bilo masivno, temveč iz vzporednih žic. Vendar je Zinstedenove ideje začel dejansko uporabljati šele leta 1863 angleški samouki inženir elektrotehnike Henry Wilde (1833-1919), ki je med drugimi novostmi predlagal, da bi na gred generatorja postavili vzbujevalni stroj (angleški exitatrice). Leta 1865 je izdelal generator z izjemno močjo 1 kW, s katerim je lahko celo prikazal taljenje in varjenje kovin.
Najpomembnejša izboljšava enosmerni generatorji postala njihova samo-vzbujanje, katerega načelo je bilo patentirano leta 1854 glavni inženir danskih državnih železnic Soren Hjorth (1801-1870), ki pa je takrat niso našli praktična uporaba... Leta 1866 je to načelo znova neodvisno odkrilo več inženirjev elektrotehnike, vključno z že omenjenim G. Wildejem, vendar je postalo splošno znano decembra 1866, ko je nemški industrijalec Ernst Werner von Siemens (1816-1892) uporabil v mojem kompaktnem in zelo učinkovitem generatorju. 17. januarja 1867 je bilo na berlinski akademiji znanosti prebrano njegovo slavno predavanje o dinamo-električnem principu (samo-vzbujanje). Samo vzbujanje dovoljeno zavrniti iz pomožnih vzbujalnih generatorjev (iz vzbujevalcev), ki so omogočili proizvodnjo veliko cenejše električne energije v velikih količinah. Iz tega razloga se leto 1866 pogosto šteje za leto rojstva visokotokovne elektrotehnike. V prvih samovzbujanih generatorjih je bilo vzbujalno navitje, tako kot pri Siemensu, vključeno v serijo (serijo) z navitjem armature, vendar je februarja 1867 angleški elektroinženir Charles Wheatstone (1802-1875) predlagal vzporedno vzbujanje, ki omogoča boljšo regulacijo EMF generatorja, na katerega je prišel še pred poročili o zaporednem vzbujanju, ki jih je odkril Siemens (slika 6).
Slika: 6. Razvoj vzbujevalnih sistemov za enosmerne generatorje. vzbujanje s trajnim magnetom (1831), b zunanje vzbujanje (1851), c zaporedno samo-vzbujanje (1866), d vzporedno samo-vzbujanje (1867). 1 armatura, 2 vzbujalna navitja. Regulacijski reostati vzbujalnega toka niso prikazani.
Potreba po alternatorji je nastal leta 1876, ko je ruski elektroinženir Pavel Yablochkov (1847–1894), ki je delal v Parizu, začel razsvetljevati mestne ulice s pomočjo obločnih žarnic z izmeničnim tokom (sveče Yablochkov), ki jih je izdeloval. Prve generatorje, potrebne za to, je ustvaril pariški izumitelj in industrialec Zenobe Theophile Gramme (1826-1901). Z začetkom masovna proizvodnja Žarnice z žarilno nitko leta 1879 so izmenični tok za nekaj časa izgubile svoj pomen, vendar so spet postale pomembne zaradi povečanja obsega prenosa električne energije sredi osemdesetih let. V letih 1888-1890 je lastnik lastnega raziskovalnega laboratorija Tesla-Electric (Tesla-Electric Co., New York, ZDA), srbski inženir elektrotehnike, ki se je odselil v ZDA, Nikola Tesla (Nikola Tesla, 1856-1943) in glavni inženir podjetja AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) Ruski elektroinženir Mihail Dolivo-Dobrovolski (1862-1919), ki se je odselil v Nemčijo, je razvil trifazni sistem izmeničnega toka. Kot rezultat, proizvodnja vedno močnejša sinhroni generatorji za toplotno in hidroelektrarno v gradnji.
Pomembno fazo pri razvoju turbinskih generatorjev lahko štejemo za razvoj valjastega rotorja leta 1898 s strani solastnika švicarskega obrata elektrotehnike Brown, Boveri in podjetja (Brown, Boveri & Cie., BBC) Charles Eugen Lancelot Brown (1863-1924). Prvi generator z vodikovim hlajenjem (z močjo 25 MW) je leta 1937 izdelalo ameriško podjetje General Electric, z vodnim hlajenjem pa leta 1956 angleško podjetje Metropolitan Vickers.
Vesolje je človeštvu priskrbelo bilijon načinov pridobivanja električne energije, za vsako stopnjo razvoja so značilne lastne tehnologije. Na primer, v preteklosti se van de Graaffov generator konstantnega naboja šteje za prvega. Napačno stališče. Ljudje so že prej uporabljali druge sorte. Danes bomo upoštevali napravo, načelo delovanja alternatorja. Začnimo.
Generatorji električnega toka
Princip je zasnovan tako, da ustvari potencial glede na Zemljo, ki velja za nič. Napačno, ampak vse na svetu je relativno. Čeprav zemeljska površina nosi naboj, ima potencialna razlika med terminali generatorja in tlemi pomembno vlogo. Predmet, ki stoji na tleh, zajema polje planeta, menimo, da je postulat pravilen. Izumljen je bil prvi enosmerni generator. Namesto napetosti. Napetost se je izkazala za fantastično, naprava je oddajala malo toka. Načelo delovanja je preprosto:
Načelo generatorja
- Trak se podrgne, naboj nastane lokalno.
- Odsek pride do zbiralnika preko transportnega mehanizma.
- Gostota je izenačena s prevodnostjo krogličnega terminala.
Posledično krogla dobi naboj, enak naboju lokalnega traku. Jasno je, da takšni generatorji niso zelo priročni, leta 1831 Michael Faraday ustvari nekaj novega. Z magnetizirano podkovko je vrtljivi bakreni disk sprejel elektriko na drugačen način: pojav magnetne indukcije. Tok je izhajal izmenično. Posledično polje ni več statično in postaja elektromagnetno. Pojasnimo:
- V naravi pogosto najdemo naboje električne energije pozitivnega ali negativnega predznaka; nihče ni mogel najti ločeno polov magneta.
- Izmenično električno polje povzroči ustrezen odziv etra. Izraženo s tvorbo spremenljive magnetne komponente v ravnini, pravokotni na izvirnik.
Proces poteka neprekinjeno, imenuje se elektromagnetno valovanje. Obvladovanje prostega prostora v ravni črti, medtem ko energija izumira. Ko gre za žice, je elektriko razmeroma enostavno širiti. Ampak! Medtem ko je kabel vpet. Zaslona ni več, ni ozemljitve (ozemljitve) - val se začne oddajati. Učinek izkoriščajo brezžični indikatorski izvijači, ki pomagajo vzpostaviti (lokalizirati) vire motenj pri industrijski frekvenci 50 Hz. In če sistemska enota računalnika ni ozemljena, lahko s pomočjo malenkosti napako enostavno popravite.
Pomaga pri preverjanju škodljivega sevanja zaslonov. Frekvenco 50 Hz zlahka oddajajo žice. Aspekt povečuje stroške elektrarn (izgube), škoduje zdravju državljanov. Kako nastane energija v Faradayevem generatorju? Šolski učitelji so pojasnili: ko se okvir vrti v polju magneta, se indukcija skozi območje spremeni, sproži se električni tok.
Mehanska energija gibanja se pretvori v električno energijo. Uganili smo, da človeštvo izkorišča:
- Padanje množice vode z jezu.
- Energija pare iz termoelektrarn, jedrskih elektrarn.
Dva glavnih mehanizmov pridobivanje energije. Elektrika postane gibanje lopatic turbine generatorja. Narava je rodila naprave, ki kurijo dizelsko gorivo, kerozin, načelo delovanja ni dosti drugačno. Razlika je omejena z mobilnostjo in hitrostjo rezila.
Proizvodnja električne energije v mestih
Oglejmo si napravo tokovnega generatorja hidroelektrarne. Jez je postavljen za kopičenje potencialne energije, ki jo poganja struga. Raven navzgor začne hitro naraščati. Da bi se izognili preboju (katere koli vrste), se izlije del večtonske mase (ponekod so nameščene posebne ključavnice, ki omogočajo, da se ribe odpravijo na drstenje). Koristni del toka gre skozi vodilne lopatice. Seznanjen z napravo reaktivni motorji, razumel govor. Vodilna lopatica se imenuje konfiguracija zavihkov; s spreminjanjem položaja se regulira količina tekočine, ki prehaja (voda).
V pregledih so povedali, da so urejene stroge zahteve glede pogostosti proizvedene električne energije. Znanstveniki so izračunali: to je mogoče doseči na trenutni stopnji razvoja z uporabo masivnih rezil, na katere manjši vplivi valov ne vplivajo. Upošteva se povprečna masa odtekajoče vode, majhne skoke skriva neverjetna masa propelerja. Očitno je, da je ob težkih dimenzijah hitrost vrtenja nemočna in znaša 50 Hz (3000 vrt / min). Rezilo naredi 1-2 vrtljaja na minuto.
Vijak obrača rotor generatorja. Premična os, nameščena z navitji polja. Tuljave, skozi katere prehaja enosmerni tok, ustvarjajo stabilno magnetno polje. Sevanje ne pride, vrednost jakosti je konstantna (glej zgoraj). Opazimo neznatna nihanja, rezultat se ne odraža v bistvu postopka: gred tvori več vrtljivih magnetov.
Eden se pojavi subtilen trenutek: kako dobiti frekvenco 50 Hz. Hitro so prišli do zaključka: po namestitvi pretvornika povratne pretvorbe je nekoristno odpraviti izmenični tok. Vzdolž statorja je bilo postavljenih veliko žičnih tuljav (okvir iz Faradayevih poskusov), v katerih bo inducirana indukcija. S pravilno komutacijo je mogoče iz generatorja odstraniti potrebnih 230 voltov (v resnici še vedno obstajajo padajoči transformatorji) s frekvenco 50 Hz. Generatorji proizvajajo tri faze, premaknjene za 120 stopinj. Pojavi se novo vprašanje - zagotoviti stabilnost. Izpustite odmerjeno količino vode, medtem ko rezilo pospeši hitrost? Praktično nemogoče, nadaljujte na naslednji način:
- Poleg tuljav, ki zbirajo tok, stator vsebuje vznemirljive.
- Obstaja frekvenčna napetost, ki omogoča, da rezila dosežejo želeno hitrost.
- V resnici se izkaže ogromen sinhroni motor.
Začetni pospešek prehiteva pretok vode, pomožna napetost zadrži vijak, ki poskuša preseči nastavljena hitrost... Voda dejansko potisne kolos, napetost vzbujanja bo služila kot regulacija (seveda se na stator dovaja izmenični tok). Hočeš dobiti več moči, vodilne lopatice jezu rahlo odprte. Masa vode postaja vse bolj trdna, to bi zagotovo prekinilo hitrost. Treba je povečati tok vzbujanja statorja, krmilno polje postane močnejše, stanje ostane v normalnih mejah.
Motor notranje izgorevanje Caterpillar rotacijski generator
Moč generatorja se poveča. Ali se napetost vzdržuje na ravni? Po Faradayevem zakonu elektromagnetne emf napetost določa hitrost spremembe magnetnega polja in število obratov. Izkazalo se je, da s konstruktivno izbiro površine tuljav, dolžine kabla nastavimo izhodno napetost generatorja. Seveda bi moral imeti vsak svojo hitrost vrtenja rezila. Prenese vzbujalni tok rotorja. Z naraščanjem moči se EMF poveča. Povečanje vzbujevalnega toka poveča hitrost spremembe jakosti magnetnega polja.
Potrebujemo način, da ohranimo enake parametre. Pogosto se uporabljajo izolacijski transformatorji s spremenljivim ojačanjem. Potrošnik spremeni tok, napetost ostane konstantna. Navedeni so parametri, ki jih določajo standardi. Naprava alternatorja temelji na vzbujanju statorskih navitij, ostalo pa se nanaša na metode uravnavanja parametrov.
Prilagoditev s parametri alternatorjev
V najpreprostejšem primeru moči ni mogoče spremeniti. V gospodinjstvu (majhni generatorji) vezje nadzira napetost, vrednost vzbujalnega toka se spremeni. Redko je situacija v rokah potrošnika. Porabi se dizelsko gorivo. Izkazalo se je, da se stara energija zapravi, nekaj pa jo razprši vesolje. Ni strašljivo, ko se na Zemljo vrnemo del hitrosti reke, redek škrtac želi zakuriti gorivo brezplačno.
Bralci so razumeli: hitrost se lahko pokvari, če se oskrba z vodo, plinom, paro - na splošno pogonska sila ne zmanjša. Nadzira ločeno krmilno vezje, opremljeno z mehanizmi za nastavitev. Za zasebno hišo je učinkoviteje ustvariti sistem za polnjenje; danes je mogoče oskrbovati razsvetljavo, prenosnike in številne druge naprave z 12 volti enosmernega toka. Omrežje je lahko opremljeno s podružnico za redno polnjenje akumulatorja. Kot se spomnimo, obstajata dve metodi:
- S konstantnim tokom. Napetost se spreminja, vsako desetino se polni desetina zmogljivosti. Postopek traja 600 minut.
- OD konstantna napetost... Tok pada eksponentno, sprva bodo to razmeroma velike vrednosti. Glavna pomanjkljivost tehnike.
Načelo delovanja alternatorja vam bo omogočilo polnjenje baterij glede na potrebe. Razume se, da bo pred kaskado akumulatorja potrebno galvansko izolacijsko vezje. Iz prebranega lahko ugibate, da hidroelektrarne uporabljajo naprave z nastavljivim razmerjem transformacije. Metode za izvedbo ideje so lahko različne:
- Transformatorji s preklopnimi navitji se pogosto uporabljajo. Število obratov lahko spremenite s preklapljanjem kontaktorjev vezja.
- Bolj gladko razmerje zagotavlja drsni kontakt. Tu se zavoji ene tuljave očistijo, zbiralnik toka teče naprej in nazaj, spreminja število delovnih zavojev. Jasno je, da je težko preiti velik tok, nastala bo iskra, v primeru hidroelektrarne bo postala lok. Namesto tega naprava za uravnavanje sorazmerno majhnih moči.
Iz zgoraj navedenega sledi: logično je, da vzklopni tok rotorja hidroelektrarne v preskokih spremenimo pravočasno s preklopom navitij regulacijskega transformatorja. Sledi gladka nastavitev, napetostni parametri se vrnejo v normalno stanje. Povedal noter na splošnokako deluje alternator. Treba je opozoriti, da sorta z gradnjo ni izčrpana. Ta pogled naprave tvorijo hrbtenico družine, imenovane sinhroni alternatorji. Zagotavljanje mest večinoma z energijo.
Asinhroni alternator
Za asinhrone generatorje je značilno, da med statorjem in rotorjem ni električne povezave. Hitrost regulira vodilna lopatica. Skladno s tem frekvenčna stabilnost pade, napetostna amplituda je tudi nestabilna. Kot rezultat lahko opazimo relativno preprostost zasnove asinhronega alternatorja, stabilnost parametrov pa ne sije z dobro zmogljivostjo.
Posebnost je sposobnost pomanjkljivosti asinhroni motorji nemoteno selijo in okužijo nove naprave. Očitno je, da se za oskrbo potrošnikov z energijo regulira frekvenca toka, moč se dobi naključno. Če pa je generator v razmeroma stalnem okolju, to ne bo velik problem.
Alternator ali generator enosmernega toka je naprava za proizvodnjo električne energije s pretvorbo mehanske energije.
Kako izgleda alternator
Kako deluje alternator? Z magnetnim poljem v prevodniku nastaja tok. Stvarno je ustvarjati tok, če pravokotni prevodni okvir zasukate v mirujočem polju ali v njem trajni magnet.
Ko se vrti okoli osi magnetnega polja, ustvarja znotraj okvirja s kotna hitrost ω bodo navpične stranice konture aktivne, saj jih prečkajo magnetne črte. Na vodoravnih straneh ni nobenega dejanja, ki bi sovpadalo v smeri z magnetnim poljem. Zato v njih ni induciran tok.
Kako je videti generator z magnetnim rotorjem?
EMF v okviru bo:
e = 2 B maks lv greh ωt,
B maks - največja indukcija, T;
l - višina okvirja, m;
v - hitrost sličice, m / s;
t - čas, s.
Tako zaradi delovanja spreminjajočega se magnetnega polja v vodniku nastane izmenični EMF.
Za večje število obratov wz izražanjem formule v smislu največjega pretoka F m, dobimo naslednji izraz:
e = wF m greh ω t.
Načelo delovanja druge vrste alternatorja temelji na vrtenju prevodnega okvirja med dvema stalnima magnetoma z nasprotnima poloma. Najpreprostejši primer je prikazan na spodnji sliki. Napetost, ki se pojavlja v njem, se odstrani z drsnimi obroči.
Generator toka s trajnimi magneti
Uporaba naprave ni zelo pogosta zaradi obremenitve gibljivih kontaktov z velikim tokom, ki gre skozi rotor. Zasnova prve dane variante jih tudi vsebuje, vendar se skozi njih skozi zavoje vrtljivega elektromagneta napaja veliko manj enosmernega toka, glavna moč pa se odstrani iz stacionarnega navitja statorja.
Sinhroni generator
Značilnost naprave je enakost med frekvenco f, inducirana v EMR statorja in hitrosti rotorja ω :
ω \u003d 60 ∙f/ str vrt / min,
kje str - število parov polov v navitju statorja.
Sinhroni generator ustvari EMF v navitju statorja, katerega trenutna vrednost se določi iz izraza:
e \u003d 2π B max lwDn grehω t,
kje lin D - dolžina in notranji premer jedra statorja.
Sinhroni generator proizvaja napetost s sinusno karakteristiko. Ko je priključen na njegove sponke C 1, C 2, C 3 porabniki, skozi vezje teče eno- ali trifazni tok, vezje je spodaj.
Trifazno sinhronsko vezje generatorja
Delovanje spreminjajoče se električne obremenitve spreminja tudi mehansko obremenitev. To poveča ali zmanjša hitrost vrtenja, kar povzroči spremembo napetosti in frekvence. Da se takšna sprememba ne bi zgodila, električne značilnosti samodejno vzdržujte na dani ravni prek napetosti in tokovnih povratnih informacij na navitju rotorja. Če je rotor generatorja izdelan iz trajnega magneta, ima omejeno sposobnost stabiliziranja električnih parametrov.
Rotor je prisiljen vrteti. Na njegovo navitje se napaja indukcijski tok. V statorju magnetno polje rotorja, ki se vrti z enako hitrostjo, inducira 3 izmenične EMF s faznim premikom.
Glavni magnetni tok generatorja nastane z delovanjem enosmernega toka, ki prehaja skozi navitje rotorja. Napajanje lahko prihaja iz drugega vira. Pogosta je tudi metoda samozbujanja, ko se majhen del izmeničnega toka vzame iz navitja statorja in po predhodnem ravnanju preide skozi navitje rotorja. Postopek temelji na preostalem magnetizmu, ki zadostuje za zagon generatorja.
Glavne naprave, ki proizvajajo skoraj vso električno energijo na svetu, so sinhroni hidro- ali turbinski generatorji.
Asinhroni generator
Naprava asinhronega tipa alternatorja se razlikuje v razliki v frekvenci vrtenja EMF ω in rotor ω r. Izrazi se s koeficientom, imenovanim zdrs:
s \u003d (ω - ω r) / ω.
V načinu delovanja magnetno polje upočasni vrtenje armature in njegova frekvenca je nižja.
Asinhroni motor lahko deluje v načinu generatorja, če je ω r\u003e ω, ko tok spremeni smer in se energija vrne v omrežje. Tu elektromagnetni moment postane zaviranje. Uporaba te lastnosti je pogosta pri zniževanju obremenitve ali na električnih vozilih.
Asinhroni generator se izbere, kadar zahteve za električne parametre niso zelo visoke. Ob prisotnih preobremenitvah z zagonom je zaželen sinhroni generator.
Naprava avtomobilski generator se ne razlikuje od običajnega, ki ustvarja električni tok. Ustvari izmenični tok, ki se nato odpravi.
Kako izgleda avtomobilski generator
Zasnova je sestavljena iz elektromagnetnega rotorja, ki se vrti v dveh ležajih, ki jih poganja jermenica. Ima samo eno navitje, z enosmernim napajanjem skozi 2 bakrena obroča in grafitne ščetke.
Elektronski relejni regulator vzdržuje stabilno napetost 12 V, neodvisno od hitrosti vrtenja.
Avtomobilsko vezje generatorja
Tok iz akumulatorja gre skozi navitje rotorja skozi regulator napetosti. Skozi jermenico se nanj prenese trenutek vrtenja in v zavojih statorskega navitja se inducira EMF. Ustvarjeni trifazni tok se odpravi z diodami. Vzdrževanje konstantne izhodne napetosti izvaja regulator, ki nadzoruje poljski tok.
Ko se motor dvigne, se poljski tok zmanjša, kar pomaga vzdrževati konstantno izhodno napetost.
Klasični generator
Zasnova vsebuje motor na tekoče gorivo, ki poganja generator. Hitrost rotorja mora biti stabilna, sicer se kakovost proizvodnje električne energije zmanjša. Ko se generator obrabi, se hitrost vrtenja zmanjša, kar je pomembna pomanjkljivost naprave.
Če je obremenitev generatorja pod nazivno obremenitvijo, bo le ta deloma v prostem teku porabil odvečno gorivo.
Zato je pri nakupu pomembno, da natančno izračunate potrebno moč, da je pravilno obremenjena. Obremenitev pod 25% je prepovedana, saj to vpliva na njeno trajnost. V potnih listih so navedeni vsi možni načini delovanja, ki jih je treba upoštevati.
Obstajajo številne vrste klasičnih modelov sprejemljive cene, visoka zanesljivost in velik razpon moči. Pomembno je, da ga pravilno naložite in ga pravočasno pregledate. Spodnja slika prikazuje modele bencinskih in dizelskih generatorjev.
Klasični generator: a) - bencinski generator, b) - dizelski generator
Dizelski generator
Generator poganja motor, ki deluje naprej dizelsko gorivo... Motor z notranjim zgorevanjem je sestavljen iz mehanskega dela, nadzorne plošče, sistema za dovod goriva, hlajenja in mazanja. Moč generatorja je odvisna od moči motorja z notranjim zgorevanjem. Če je potrebna majhna, na primer za gospodinjske aparate, je priporočljivo uporabiti bencinski generator. Dizelski generatorji se uporabljajo povsod, kjer je potrebna večja moč.
ICE se v večini primerov uporabljajo z nadzemnimi ventili. So bolj kompaktni, zanesljivejši, enostavni za popravilo in oddajajo manj strupenih odpadkov.
Raje izberejo generator s kovinskim ohišjem, saj je plastika manj trpežna. Naprave brez ščetk so bolj trpežne in ustvarjena napetost je stabilnejša.
Zmogljivost rezervoar za gorivo zagotavlja delovanje na eni bencinski črpalki največ 7 ur. V stacionarnih instalacijah se uporablja zunanji rezervoar z veliko prostornino.
Generator plina
Kot vir mehanske energije je najpogostejši štiritaktni uplinjač motor... Večinoma se uporabljajo modeli od 1 do 6 kW. Obstajajo naprave do 10 kW, ki lahko zagotavljajo podeželsko hišo na določeni ravni. Cene bencinski generatorji so sprejemljivi, vir pa povsem zadosten, čeprav manjši od dizelskih motorjev.
Generator je izbran glede na obremenitve.
Za visoke zagonske tokove in pogosto uporabo električnega varjenja je bolje uporabiti sinhroni generator. Če vzamete asinhroni generator močnejši, se bo spopadel z vklopnimi tokovi. Vendar je tukaj pomembno, da je naložen, sicer se bo bencin porabil neracionalno.
Inverterski generator
Stroji se uporabljajo tam, kjer je potrebna električna energija visoka kvaliteta... Delajo lahko neprekinjeno ali v presledkih. Predmeti porabe energije tukaj so ustanove, kjer prenapetosti moči niso dovoljene.
Osnova pretvorniškega generatorja je elektronsko enotoki je sestavljen iz usmernika, mikroprocesorja in pretvornika.
Blokovni diagram pretvorniškega generatorja
Proizvodnja električne energije se začne na enak način kot pri klasičnem modelu. Najprej nastane izmenični tok, ki se nato odpravi in \u200b\u200bnapaja v pretvornik, kjer se z želenimi parametri spet spremeni v izmenični tok.
Vrste pretvorniških generatorjev se razlikujejo po naravi izhodne napetosti:
- pravokotna - najcenejša, sposobna napajati samo električno orodje;
- trapezni impulz - primeren za številne naprave, z izjemo občutljive opreme (srednja cenovna kategorija);
- sinusna napetost - stabilne lastnosti, primerne za vse električne naprave (najvišja cena).
Prednosti pretvorniških generatorjev:
- majhnost in teža;
- nizka poraba goriva z regulacijo proizvodnje električne energije, ki jo potrošniki trenutno potrebujejo;
- možnost kratkotrajnega dela s preobremenitvijo.
Slabosti so visoke cene, občutljivost na temperaturne spremembe elektronskega dela, nizka moč. Poleg tega je popravilo elektronske enote drago.
Model pretvornika je izbran v naslednjih primerih:
- naprava se kupi le v primerih, ko običajni generator ni primeren, saj je njegova cena visoka;
- zahteva se moč največ 6 kW;
- za trajno uporabo so boljše klasične različice generatorjev;
- gospodinjske aparate je treba delno oskrbeti z elektriko;
- za domačo uporabo je bolje uporabiti enofazne naprave.
Video. Alternator.
Alternatorji lahko v primeru okvare stacionarne naprave napolnijo elektriko v domu in se uporabljajo tudi tam, kjer je potrebna elektrika.
Kot veste, ko tok prehaja skozi vodnik (tuljavo), se tvori magnetno polje. Nasprotno pa, ko se vodnik premika navzgor in navzdol skozi črte magnetnega polja, nastane elektromotorna sila. Če je gibanje vodnika počasno, bo posledični električni tok šibek. Trenutna vrednost je neposredno sorazmerna z jakostjo magnetnega polja, številom vodnikov in s tem hitrostjo njihovega gibanja.
Najenostavnejši tokovni generator je sestavljen iz tuljave, izdelane v obliki bobna, na katero je navita žica. Tuljava je nameščena na gredi. Žično navit boben se imenuje tudi sidro.
Za odstranitev toka iz tuljave je konec vsake žice spajkan na ščetke za zbiranje toka. Te ščetke morajo biti popolnoma izolirane med seboj.
Alternator
Ko se armatura zavrti okoli svoje osi, se elektromotorna sila spremeni. Ko se tuljava obrne za devetdeset stopinj, je tok največji. Pri naslednjem ovinku pade na nič.
Popoln obrat tuljave v generatorju ustvari trenutno obdobje ali, z drugimi besedami, izmenični tok.
Stikalo se uporablja za pridobivanje konstantnega toka. Je razdeljen obroč na dva dela, od katerih je vsak pritrjen na različne zavoje armature. Kdaj pravilna namestitev polovice obroča in ščetke za zbiranje toka, bo za vsako obdobje spremembe jakosti toka v napravi enosmerni tok tekel v zunanje okolje.
Velik industrijski generator električne energije ima fiksno armaturo, imenovano stator. Rotor se vrti znotraj statorja in ustvarja magnetno polje.
Ne pozabite prebrati člankov o avtomobilskih generatorjih:
Vsak avto ima generator električne energije, ki deluje, ko se avtomobil napaja z akumulatorjem, vžigalnimi sistemi, žarometi, radiem itd. Navitje rotorskega polja je vir magnetnega polja. Da se magnetni tok vzbujalnega navitja dovaja brez izgub v navitje statorja, so tuljave nameščene v posebne žlebove jeklene konstrukcije.
Tokovni generator- to je električni avto, ki mehansko energijo pretvori v električno. Ustvarjajo lahko tako enosmerni kot izmenični tok.
Do druge polovice 20. stoletja V vozilih so uporabljali enosmerne generatorje. Nato so se razširile polprevodniške diode, ki so omogočile usmerjanje izmeničnega toka ali njegovo konstantnost. Zato so na tem področju enosmerne generatorje zamenjali bolj zanesljivi in \u200b\u200bkompaktni trifazni generatorji izmenični tok.
V tem sem podrobno preučil vprašanja delovanja elektromotorja, zdaj pa bodo predstavljena splošna načela delo in naprava tokovnega generatorja. Ne bom se podrobneje osredotočal na enosmerne stroje, saj jih danes ne uporabljajo v vsakdanjem življenju, garažah in vozilih. Veliko jih uporabljajo le v mestnem električnem prometu: trolejbusi in tramvaji.
Načelo delovanja tokovnega generatorja
Generator deluje po zakonu Faradayeva elektromagnetna indukcija - elektromotorna sila (EMF) je inducirana v pravokotni zanki (žični okvir), ki se vrti v enakomernem vrtljivem magnetnem polju.
Pojavi se tudi EMF v fiksnem pravokotnem okvirju, če v njem zavrtite magnet.
Najenostavnejši generator je pravokotni okvir, nameščen med dvema magnetoma z različnimi polovi. Za odstranitev napetosti z vrtljivega okvirja se uporabljajo drsni obroči. Na praksi uporabljajo se tudi elektromagneti, ki so induktorji ali navitja iz bakrene žice v izolacijskem laku. Ko mimo električni tok vzdolž navitij začnejo imeti elektromagnetne lastnosti. Za njihovo navdušenje je potreben dodaten vir toka - v avtomobilih je to akumulatorska baterija... V gospodinjskih elektrarnah pride do vzbujanja med zagonom kot rezultat samovzbujanja ali dodatnega enosmernega generatorja z majhno močjo, ki ga poganja gred generatorja.
Po principu dela generatorji so lahko sinhroni ali asinhroni.
- Asinhroni generatorji konstrukcijsko enostavna in poceni za izdelavo, bolj odporna na tokove kratkega stika in preobremenitve. Asinhroni električni generator je idealen za napajanje aktivnih obremenitev: žarnice z žarilno nitko, električni grelniki, elektronika, električni gorilniki itd. Toda tudi kratkotrajna preobremenitev je zanje nesprejemljiva, zato pri priključitvi elektromotorjev ne elektronski tip varilni stroj, električno orodje in druge induktivne obremenitve - zaloga moči mora biti najmanj trikrat, po možnosti pa štirikrat.
- Sinhroni generator kot nalašč za induktivne potrošnike z visokimi zagonskimi tokovi. Sposobni so eno sekundo prenesti petkratno preobremenitev toka.
Naprava alternatorja
Za primer razmisleka o napravi vzemite trifazni avtomobilski generator. 
Avtomobilski generator je sestavljen iz telesa in dveh pokrovov z odprtinami za prezračevanje. Rotor se vrti v 2 ležajih in ga poganja jermenica. V svojem jedru je rotor elektromagnet, sestavljen iz enega navitja. Tok mu dovajamo z uporabo dveh bakrenih obročev in grafitnih ščetk, ki sta priključena na elektronski rele-regulator. Odgovorna je za to, da je napetost, ki jo oddaja generator, vedno znotraj dovoljenega območja 12 voltov z dovoljenimi odstopanji in ni odvisna od hitrosti jermenice. Rele-regulator je lahko vgrajen v ohišje generatorja ali zunaj njega.
Stator je sestavljen treh bakrenih navitij, povezanih med seboj v trikotniku. Na točke njihove povezave je priključen usmerniški most s 6 polprevodniškimi diodami, ki pretvori napetost iz izmeničnega v enosmerni tok.
Generator bencina je sestavljen iz motorja in jih poganja po ravni črti - tokovnega generatorja, ki je lahko sinhroni in asinhroni.
